适于硬件实现的S盒构造方法

有限域上的乘法求逆变换和仿射变换混合后良好的密码学性质是Rijndeal、Camellia、SMS4等分组密码算法S盒设计的基础,总结了三种分组密码算法的S盒密码学性质,在此基础上提炼出一类S盒的构造模型,并根据硬件实现的特点,利用循环矩阵给出了一大批S盒。与Rijndeal算法S盒相比,此类S盒的密码学性质更加优良,同时硬件实现的资源开销与Rijndeal算法S盒大体相当。     

基于混沌系统的S盒生成算法的研究*

S盒是分组密码算法中唯一的非线性部件,设计一个性能良好的S盒具有重要的实际意义。本文提出了一种新的S盒构造方法,算法中利用两个混沌系统进行迭代,操作简单却大大增加了置乱效果。文中分析了S盒的密码学性能,包括双射特性,非线性度,严格雪崩准则,输出比特间独立性,差分概率和线性概率,最后在我们提出的S盒的Lyapunov指数定义的基础上,计算了本文构造的S盒的Lyapunov指数,结果表明该方法生成的S盒具有良好的密码学性质。     

不可能差分性质更优的动态S盒构造方法

利用有限域的可逆变换与仿射变换产生S盒的思想,提出通过改变仿射变换矩阵中的行来生成动态S盒。分析了该方法生成单个S盒的密码学性质,实验结果显示单个S盒的密码学性质均达到高级加密标准中S盒的安全性;同时也分析了该方法生成动态S盒的动态差分概率、动态线性概率、动态非线性度、动态代数次数和不可能差分个数,理论分析表明该方法生成动态S盒均有较好的密码学性质;通过实验检验可以得出该方法生成的动态S盒具有很好的动态非线性度、动态差分和不可能差分性;而从分析该方法生成动态S盒的硬件实现效率可以看出,该方法具有较好的硬件实现效率。     

基于抗退化混沌系统的动态S盒设计与分析

S盒是分组密码算法中的关键部件之一,其混淆和置乱作用决定着整个密码算法的安全强度。为使基于混沌系统生成的S盒具有更好的密码学性能,提出了一种基于抗退化混沌系统的动态S盒设计方案。首先,使用Lorenz混沌映射扰动Chebyshev混沌映射;然后,使用截取位数法和划分区间法生成两种初始S盒;最后,使用索引排序扰乱法得到最终S盒。所提抗退化混沌系统生成的混沌序列不存在短周期现象,具有遍历性、不可预测性等特点;运用于S盒的设计中能极大提升S盒的安全性能,消除混沌生成源的安全隐患;并且,通过对系统参数的调控可批量地生成动态S盒。对S盒的安全性能,即非线性度、差分均匀性、严格雪崩准则、输出比特间独立性和双射特性进行了测试和对比,实验结果表明,所提方案生成的S盒具有更好的密码学性能,可用于分组密码算法的设计中。     

利用遗传算法构造S-盒

S(substitution) -盒是许多分组密码算法中的唯一非线性映射 ,它的密码强度决定了整个密码算法的安全强度。目前多采用m -序列、幂函数等方法来构造S -盒 ,但对于构造性能优良的 8× 8S -盒上述方法并不十分有效。本文采用遗传算法构造S -盒 ,引入约束条件减小了S -盒的搜索空间 ,提高了搜索S -盒的效率。实验结果表明 ,该方法可以快速搜索到大量能够较强地抵抗差分密码分析和线性密码分析的S -盒     

一种AES S盒改进方案及其硬件设计

为提高高级加密标准（advanced encryption standard,AES）算法的安全性,提出了一种新的S盒生成方案。在分析了现有S盒存在的问题后,基于S盒的构造原理和密码学性质,通过选择新的不可约多项式和仿射变换对,同时调整仿射变换与乘法逆的运算顺序,构造出一种新的S盒;对生成的新S盒与AES 的S盒以及其他改进S盒在代数式项数、严格雪崩标准距离等方面进行了比较,结果显示新S盒具有更好的代数性质,能够有效抵御代数攻击;还对新S盒进行了硬件设计并优化,DC综合结果显示新S盒复域优化实现消耗的资源比传统复域实现少12%,比查找表法实现少41%。新S盒在安全性方面优于现有S盒,将其应用于AES软件设计和硬件设计,并通过仿真测试验证了其正确性。     

基于遗传蚁群算法的S盒构造*

提出一种基于遗传蚁群算法的S盒构造方法,算法中两次插入遗传算法,利用遗传算法前期收敛速度较快及交叉变异操作避免陷入局部最优的特性,加快蚁群算法的收敛速度,提高求解的效率。基于该方法,给出了构造S盒的完整算法流程图,并获得一批高非线性度和低差分均匀度的S盒。实验结果表明,与利用遗传算法构造S盒的方法相比,该构造方法能有效地减少冗余计算量、加快收敛速度。     

分组密码S盒的可重构设计方案

对两种可行的S盒可重构设计方案进行了分析与比较,在此基础上提出采用查找表方式来对可重构S盒进行设计.以6×4模式的S盒为基础,对6×4和8×8的S盒的可重构设计进行了详细讨论.通过分析,该设计模型能对4×4和8×32的S盒进行很好的重构支持.从而便完成了对4×4、6×4、8×8、8×32这4种模式的S盒的可重构设计.设计结果表明,该模型能灵活地实现4种不同模式的S盒变换,并能使资源得到充分利用,减少资源的消耗.     

基于遗传算法的快速可重构S盒硬件设计

传统S盒硬件结构只对应一种密码算法,密码硬件的灵活性和安全性差．本文通过分析大部分分组密码的特点,设计了一种可在相同硬件上重构实现44和64规格S盒的新电路结构．为了提高S盒硬件对不同密码算法的适应性,采用了硬件复用技术,且所设计的可重构S盒具有较快的重构速度和较好的扩展性;为了提高S盒的安全性,采用遗传算法对可重构S盒电路进行优化设计．在构造遗传算法的适应度函数时,重点考虑了影响S盒安全性的非线性度和差分均匀度．以44的S盒设计为例进行了实验,实验结果验证了可重构S盒的灵活性和安全性,证明了可重构S盒电路结构及优化设计方法的正确性．     

演化密码与DES的演化研究

安全密码的设计是十分复杂、困难的．密码的高安全性和密码设计自动化是人们长期追求的目标．该文将密码学与演化计算结合起来，借鉴生物进化的思想，提出演化密码的概念和用演化计算设计密码的方法，以DES密码为例，实际获得了成功，演化设计得到一批比DES原S盒好的S盒．而且以这种渐强的S盒为基础构成了演化DES密码系统．这些研究工作无论是对密码学还是对演化计算都是十分有意义的．     

AES S盒的分析及改进方案设计

研究了AES S盒的构造原理和主要代数性质,指出了AES S盒的仿射变换对周期为4,迭代输出周期不大于88,严格雪崩准则距离为432,代数表达式只有9项等。基于这些不足提出了构造S盒的改进方案。改进S盒的仿射变换对周期为16,迭代输出周期为256,而且S盒和逆S盒代数表达式项数均达到254项。将改进S盒与AES的S盒在平衡性、严格雪崩准则、非线性度、抗代数攻击阻力等10种代数性质上进行比较,实验结果表明改进S盒具有更好的性质。     

抗差分功耗分析攻击的AES S盒电路设计

提出一种抗差分功耗分析攻击的高级加密标准(AES)异步S盒电路。采用复合域算法实现精简的S盒结构,通过引入单轨异步流水线降低整个S盒的功耗,在单轨电路中局部采用异步双轨电路,利用随机数控制下的数据扰乱机制,改善电路的抗差分功耗分析攻击性能,建立S盒差分功耗分析攻击仿真平台,对设计的相关性能进行了仿真验证和测试。     

基于时空混沌的S盒产生算法

置换盒又被称为S盒,是分组密码中常采用的重要部件。在分析S盒性能评价指标的基础上,提出了一种基于时空混沌的S盒产生方法。仿真测试表明根据该方法,可以产生一批具有良好性能的S盒,为开发新的分组密码算法奠定了很好的基础。     

基于AES的短分组加密技术的改进

介绍了基于AES的短分组加密算法,研究并指出算法中S盒的大小对加密性能有很大影响。通过求逆、作仿射变换构造了新的十进制S盒,空间是原先的10倍。将新S盒应用于短分组加密仿真系统中,分析发现其增强了算法的抗攻击能力,提高了算法的安全性。实验仿真结果表明,新S盒使加解密的各项扩散率指标有明显提高,加密过程中密钥对密文的扩散率提高了25％。     

分组密码AES的优化与设计

AES是现有的一种抗攻击能力强、加密速度快以及可移植性好的加密算法。在FPGA上实现AES算法可以更快地处理数据。为了提高整体系统的运行速度,在优化设计中采用全流水的技术来实现算法,并对S-box进行优化。S-box是AES算法中唯一的非线性单元,在进行加密、解密尤其是在字节替换过程时,需要分别执行S-box和逆S-box,一般使用查表来进行操作,这样会占用大量的资源,所以对S-box进行优化是对整个算法优化的最重要的步骤。最终使用Modelsim对设计结果进行仿真然后使用Quartus进行总体综合。     

基于APN置换的分组密码S盒研究

S盒是分组密码中唯一非线性部件,S盒的密码强度决定了整个密码算法的安全强度。输入变量为偶数的APN置换函数是构造分组密码S盒的最佳选择,寻找这种函数一直是一个公开问题。利用输入变量为6的APN置换函数的最新研究成果,应用仿射置换变换设计出6位的APN S盒,再应用动态S盒的设计思想,实现一种主流的8位S盒。